Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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PROCFDE DE TRArTEMENT PAR FERMENTAT_rON ANAERnRrR, D'EAUX
RESIDUAIRES EN VUE DE L'ÉLIMINATION DE LA MATIERR
ORGANI9yE ET DES~SULFATES OU'ELLE.~ CONTIENNENT
La présente invention concerne un procédé de traitement, par
fermentation anaérobie, d'eau:i résiduaires en vue de l'élimination de
la matière organique et des sulfates qu'elles contiennent.
La dégradation de la matière organique présente dans les eaux
résiduaires par fermentation anaérobie, est réalisée par un écosystéme
complexe ayant pour phase ultime une fermentation se traduisant par la
production de méthane ; le rendement de l'épuration à laquelle sont
ainsi soumises ces eaux, dépend donc en particulier de l'efficacité de
cette dernière phase.
L'écosystème consiste en un mélange de genres bactériens commensaux,
dont les matières organiques constituent la chaîne alimentaire ce qui
se traduit par leur destruction progressive. On peut distinguer trois
phases séparées, généra:Lement simultanées dans les appareils de
traitement où co-existent à la fois les différents genres microbiens et
des matières à différents stades de leur dégradation.
Dans une première phase, les molécules complexes sont hydrolisées en
molécules plus simples dér~ommêes acides gras volatils <ou AGV) tels que
l'acide lactique, l'acicie acétique, l'acide propionique, l'acide
butyrique.
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La deuxième phase, nommée acétogénèse, correspond à la transformation
de ces acides organiques polycarbonés en acide acétique. Cette étape,
réalisée par des bactéries dites acétogènes, produit de l'hydrogène et
du gaz carbonique.
La troisième phase est la méthanisation dans laquelle les métabolites
résiduels sont transformés en méthane par des bactéries méthanogènes de
deux espèces distinctes, les unes utilisant l'hydrogène et le gaz
carbonique, les autres dites acétoclastes, utilisant l'acide acétique.
Lorsque, comme c'est souvent le cas, les eaux résiduaires contiennent
en plus des sulfates, une flore dite sulfato-réductrice se développe en
leur présence ; elle produit de l'hydrogène sulfuré <H2S> et perturbe
le fonctionnement de l'écosystème épuratoire de la façon suivante
- au cours de l.a deuxième phase, les bactéries sulfato-
réductrices consomment une partie des AGV, au détriment des acétogènes,
c'est-à-dire de la production d'acide acétique et donc de méthane. De
plus, l'H2S produit inhibe le fonctionnement des acétogènes si bien
qu'une fraction des AGV peut échapper à la dégradation et subsister
dans le liquide résiduaire à l'issue du traitement ;
- les bactéries sulfato-réductrices nuisent également à la
troisième phase, d'une part en ce qu'elles consomment l'hydrogène et le
gaz carbonique au préjudice des méthanogènes, d'autre part en ce que le
H2S produit inhibe le fonctionnement des bactéries acétoclastes.
La présence de sulfates dans les effluents destinés à ètre épurés par
fermentation méthanique risque donc de limiter les performances des
réacteurs biologiques dan lesquels s'effectue cette fermentation.
I1 est possible d'éviter les phénomènes d'inhibition physiquement en
isolant des autres phases la phase la plus sensible, c'est-à-dire celle
de formation du méthane. Dans ce but, on crée dans deux réacteurs
séparés les conditions biologiques nécessaires pour que se produisent
les différentes étapes.
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C'est ainsi que le document FR-A-2.484.990 concerne un procédé
permettant de diminuer la teneur en H2S libre dans un digesteur.
L'élimination de l'H2S se fait dans des ouvrages externes, soit à
partir du gaz de fermeni:ation, soit à partir de l'effluent traité
sortant du réacteur. Après l'élimination de l'H2S, l'effluent épuré est
recyclé partiellement dans le réacteur. Dans le procédé suivant ce
brevet, les phases de formation des acides, de réduction des sulfates
et de mêthanogénèse se déroulent au sein d'un seul réacteur et de façon
simultanêe.
Le document GB-A-2.143.810 décrit un procédé anaérobie intermédfaire
entre un lit de boue ou lit expansé et un lit à film fixé. I1 préconise
une élimination ëtagée de' l'H2S. D'une part, l'effluent sortant du
réacteur est débarrassé de l'H2S par un strippage dans une colonne
extérieure, balayée par un gaz inerte. D'autre part, le réacteur lui-
même doit être balayé par ce gaz inerte, ce qui risque de perturber la
stabilité du lit de biomasse et rend difficile le contrôle du
fonctionnement du réacteur. De plus, ce strippage étagé pénalise le
bilan économique de l'installation industrielle.
Enfin, suivant le document EP-0241999, on a déjà proposé de réaliser la
fermentation anaérobie par passages successifs de l'effluent dans deux
réacteurs à culture fixée. L'acidification se déroule dans le premier
réacteur et est couplée avec la réduction biologique des sulfates.
L'effluent sortant du premier réacteur est débarrassé de l'H2S par
strippage au moyen d'un gaz inerte dans un ouvrage intermédiaire avant
d'entrer dans le deuxième réacteur.
Toutefois d'après le document, il est nécessaire de réguler le pH entre
6,5 et 6,7 de façon à favoriser la sulfato-réduction et le strippage de
l'H2S. Cependant, la régulation du pH dans un ouvrage industriel est
coûteuse et difficile à optimiser, surtout dans le cas où l'on utilise
dans ce but de l'acide sulfurique qui accroît encore la teneur en
sulfates.
CA 02024993 2001-O1-15
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La présente invention vise un procédé de traitement, par
fermentation anaérobie, d'eaux résiduaires, en vue
d'éliminer de la matière organique et des sulfates qu'elles
contiennent, effectué au moyen d'un réacteur unique dans
lequel est introduit, au sein d'une biomasse qu'il
contient, un gaz neutre destiné au déplacement de l'H2S
formé, le réacteur étant un réacteur à culture libre,
infiniment mélangé, le pH à l'intérieur du réacteur
s'autorégulant aûtour de 6.9, aucun méthane étant produit
dans le réacteur.
On a constaté, de façon absolument surprenante~que si, conformément à
l'invention, la fermentation était menée dans un réacteur unique à
culture libre, infiniment mélangé, avec déplacement de l'H2S formé au
moyen d'un gaz neutre introduit dans le réacteur au sein de la
biomasse, le pH du milieu s'établissait de lui-même aux environs de la
neutralité et même s'auto-régulait autour de 6,9 et le taux de
réduction des sulfates s'établissait au:: environs de 80 % - alors que,
en applicant les procédés connus, le pH variait dans des limites
importantes et 1e - -tau: de conversion des sulfates ne dépassait pas
50 %a.
On peut mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention au moyen, comme
le montre la figure unique du dessin annexé, d'un réacteur constitue
par une enceinte 1 à laquelle l'effluent à traiter est amené par une
canalisation ~ et de laquelle il sort, épuré, par la canalisation 3.
La biomasse 4 se présente sous la forme d'une culture libre.
Un gaz neutre est introduit dans l'enceinte 1, au sein de la biomasse 4
par une canalisation 5, la phase gazeuse produite étant évacuée en 6,
avec possibilité de recyclage partiel au moyen de la canalisation 7
branchée sur la canalisation 5.
CA 02024993 2001-O1-15
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La biomasse est constâmment brassée, grâce au gaz introduit dans son
sein, et/ou par un organe 8 adapté, mû par un moteur 9. Le strippage
d'H2S directement dans le réacteur 1, par injection d'un gaz inerte au
sein de la biomasse, conformément à l'invention, provoque une remontée
du pH qui, d' une part ne nuit pas au déplacement de l' H2S de la phase
liquide vers la phase gazeuse et d'autre part, favorise l'activité des
bactéries sulfato-réductrices et donc l'élimination des .sulfates.
En opérant conformément à l'invention, l'élimination de l'H2S provoque
non seulement une remontée du pH, mais également par voie âe
conséquence, permet d'obtenir un taux de réduction des sulfates de 80
alors qu'il n'est jamais supérieur à 50
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En outre, grâce au procédé suivant l'invention, il est inutile de
contrbler le pH dans le réacteur puisque ce pH s'auto-régule aux
environs de la neutralité et on obtient dans le réacteur des
concentrations en sulfure inférieures à 100 mg/1.
